Protección Sismica de Puentes Formato CONVIAL.pdf

7/25/2019 Proteccin Sismica de Puentes Formato CONVIAL.pdf

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Proteccin Ssmica de Puentes CONVIAL Lima - 2015

Sismica

Proteccin Ssmica de

Puentes


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Sismica

Agenda

Proteccin Ssmica en Puentes

Aislacin SsmicaDisipacin Ssmica mediante STU

Disipacin Ssmica mediante VD

Amortiguador de Masa Sintonizada TMD


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Sismica





Agenda


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Sismica

Proteccin Ssmica de

Puentes


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Sismica

- Los apoyos son puntos donde podemos actuar para

definir la respuesta de nuestra estructura

- Permiten o restringen grados de libertad de

desplazamiento y/o velocidades

- Los desplazamientos son fuentes de disipacin

Proteccin Ssmica de

Puentes


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Sismica

- Apoyos

- Aislacin

- Dispositivos de Control Dinmico

BufferAmortiguadores Viscosos

AMS

Disipadores Histerticos

Proteccin Ssmica de

Puentes


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Sismica

Planos de Apoyo

- Es la combinacin de apoyos que juntos

proveen el movimiento y la transmisin

de fuerzas


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Sismica

Puentes con pequea curvatura en elplano (Arreglos tangenciales de los

apoyos guiados)

Ejemplos de Planos de

Apoyo


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Sismica

Ejemplos de Apoyos

Especiales

i i


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Sismica

Ejemplos de Apoyos

Especiales

Si i


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Sismica

Apoyos con Unidad deTransmisin de Choque (STU)Apoyos deslizantes acoplados con

transmisores de choque (tambin

conocidos como dispositivos de cierre). En

caso de movimiento repentinos, talescomo choques ssmicos, el transmisor de

choque previene el movimiento relativo de

los elementos del apoyo que conecta, y

as temporalmente transforma el apoyo de

deslizante a fijo en la direccin deseada.

Ejemplos de Apoyos

Especiales

Si i


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Sismica

Diseo ssmico convencional:

Se requiere que columnas soporten cargas

por gravedad y por sismo, adems de disiparenerga, sin colapsar

1Demanda

CapacidadFS

Antecedentes

Si i


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Sismica

Diseo Convencional:

Aumentar Capacidad

Si i


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Sismica

Diseo Convencional:

Aumentar Capacidad

Si i


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Sismica


islacin SsmicaDisipacin Ssmica mediante STU



Agenda

Si i


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Sismica

Diseo alternativo: en lugar de aumentar la capacidad, sedisminuyen las solicitaciones (ssmicas) mediante

aislacin

Diseo Alternativo:

Disminuir Demanda

Si i


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Sismica

Idea Bsica del Sistema de

Aislacin

Aislar el puente del movimiento del suelo. Cmo? Insertando un sistema flexible de apoyos entre la superestructura y la

subestructura (apoyos aislantes)

Esto aumentar el periodo natural del puente, de tal forma que las

fuerzas inerciales de ste se vean reducidas de manera significativaLa reduccin en la solicitacin puede ser suficiente para mantener las

columnas en el rango elstico

Controlar la vivacidad del puente (con apoyos flexibles) usando

disipadores de energa para limitar el movimiento

Si i


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Sismica

Punto clave en Aislacin

Ssmica

Aislacin ssmica reduce la demanda en el puente, en lugar de

incrementar la capacidad del puente

En muchos casos la reduccin es tal que puede llegar a ser

factible tener subestructuras que se hallan en el rango elstico

Si i


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Sismica

Principios de Aislacin

Ssmica

El aumento del periodo del puente reduce la demanda en el espectro deaceleracin

Pero tambin aumenta la demanda en el espectro de desplazamientos.

Si i


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Sismica

Principios de disipacin

La disipacin de energa disminuye la demanda tanto en elespectro de aceleracin como en el espectro de desplazamientos

Si i


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Sismica

La mayora de los sistemas de aislacin ssmica comprometen:

Flexibilidad

Disipacin de energa

Rigidez para cargas no ssmicas

Capacidad autocentrante

Los criterios anteriores implican que todos los sistemas de aislacin

ssmica tiene propiedades no lineales. Excepciones existen, pero son

inusuales


Ssmica

Sismica


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Sismica

Modelo no lineal:

Qd = Resistencia caracterstica

Fy = Tensin de fluencia

Fisol = Fuerza lateral del aislador

Kd = Rigidez post elstica

Ku = Rigidez elstica

Kisol = Rigidez efectiva

disol = desplazamiento del aislador


Ssmica

Sismica


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Sismica

Dispositivos

AISLADORES

ELASTOMRICOS

AISLADORES ELASTOMRICOS

CON NCLEO DE PLOMO

Sismica


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Sismica

Sismica


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Sismica

Sismica


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Sismica

Dispositivos

AISLADORES DE PNDULO FRICCIONAL SIMPLE

Sismica


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Sismica

Dispositivos

AISLADORES DE PNDULO FRICCIONAL DOBLE

Sismica


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Sismica

Funcionamiento equivalente al

funcionamiento del pndulo

El perodo T

no depende de la masa

Dispositivos

Sismica


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Sismica

Sismica


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Sismica

Slo algunos modos son aislados, por lo que se genera un espectro

mixto o compuesto (otros modos siguen con amortiguamiento usual

de 5%)


Ssmica

Sismica


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Sismica

Puentes no adecuados para

Aislacin

Aquellos puentes que se encuentren en suelos blandos no son aptos para

este tipo de sistemas de aislacin, debido a que sus espectros estn

corridos hacia la derecha, por lo que el sistema de aislacin podra incluso

aumentar la demanda.

Sismica


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Sismica

Puentes con pilares (piers) largos y flexibles, los cuales ya

tienen periodos largos y por ende muy poco beneficio se

obtiene con aislacin.

Puentes no adecuados para

Aislacin

Sismica


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Sismica

Los puentes ms adecuados para colocar aislacin son aquellos

que:

Se encuentran en sitios con suelos duros

Tienen subestructuras relativamente rgidas (columnas cortas o

medianas, por ejemplo)

Superestructura continua

Estribos (contrafuertes) tipo asiento.

Puentes adecuados para

Aislacin

Sismica


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Sismica

Diseo del sistema

Proceso de 3 pasos:

Determinar el criterio de desempeo requerido

Determinar las propiedades del sistema de aislacin

(rigideces, fluencia, etc.) para alcanzar el desempeo requerido

usando uno o ms mtodos de anlisisSeleccionar tipo de aislador y disear el sistema para alcanzar

las propiedades requeridas del sistema (rigideces, fluencia, etc.)

usando algn procedimiento racional de diseo

Sismica


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Sismica

Criterios de desempeo

Usualmente definidos por el mandante/dueo

Ejemplos incluyen:

No sobrepasar corte basal de diseo

Columnas en rango elstico

No sobrepasar desplazamientos longitudinales en superestructuraComportamiento elstico para el mayor sismo considerado

Dao reparable en el mayor sismo considerado, pero sin colapso

Sismica


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Sismica

Mtodos de anlisis

Algunos mtodos de anlisis:

Mtodo Simplificado (Simplified Method)

Mtodo Unimodal Espectral (Single Mode Spectral

Method)

Mtodo Multimodal Espectral (Multimode Spectral

Method)

Mtodo Tiempo-Historia (Time History Method)

Sismica


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Sismica

Mtodos de anlisis para

puentes aislados

Puentes con aisladores no lineales pueden ser analizados

usando mtodos lineales siempre y cuando las propiedades

equivalentes sean usadas.

Rigidez equivalente

Amortiguamiento equivalente, basado en la energa disipada

en el ciclo histertico de los aisladores

Sismica


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Sismica





Agenda

Sismica


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Sismica

Amortiguador Hidrulico

Buffer)

Sismica


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Sismica

Unidades de Transmisin

de Shock STU)

Las STU son restricciones temporales que:

Permiten desplazamientos a velocidades pequeas (por

ejemplo, debido a temperatura) con una fuerza de reaccin muy

pequea (menos de un 10% de la fuerza mxima)

Previenen desplazamientos a grandes velocidades (por

ejemplo, debido a un sismo) reaccionando con la fuerza de

diseo, es decir, comportndose como un apoyo fijo bajo

excitaciones dinmicas.

Sismica


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Sismica

La tpica ley constitutiva usada es el

modelo viscoelstico de Maxwell.

kxF

xC

F

xkC

FkF

resortedelecuacinlaobtienesegrandemuyesCCuando

ientoamortiguamdeexponente

entodesplazamiientoamortiguamdeecoeficient

fuerza

1

Unidades de Transmisin

de Shock STU)

Sismica


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Sismica

F

velocidad

ientoamortiguamdeecoeficient

fuerza

2

V

C

F

VCF

0

10

20

30

40

50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

V

Comportamiento de las STU

Sismica


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Sismica

Puente atirantado

Stonecutters Hong Kong)

Sismica


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Sismica

mm400s

(ULS)kN24000F

(SLS)kN8000F

shockderestransmiso8

u

Puente atirantado

Stonecutters Hong Kong)

Sismica


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Sismica

Requerimientos Tcnicos

del Amortiguador

Hidrulico buffer)

m/s1020010activacindeVelocidad

5rtulasenmximaRotacinmm400servicioenmximoentoDesplazami

kN24000estticaRuptura

kN8000unidadpormximaaxialCarga

:velocidadvsFuerzavaconstitutiLey

55-

2

VCF

Sismica


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Sismica

Esquema del Amortiguador

Hidrulico buffer)

Sismica


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Sismica


buffer)

Sismica


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Sismica


buffer)

Sismica


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Proteccin Ssmica de Puentes

CONVIAL

Lima - 2015

Sismica


buffer)

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Sismica


buffer)

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Sismica

Aparejo de prueba de 10000kN de capacidad


buffer)

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Sismica

Prueba de Presin Esttica

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Sismica

Esta prueba fue llevada a cabo para medir la compresibilidad del

fluido en el cilindro del STU cargado hasta 8000 kN, con las vlvulascerradas.

Prueba de Rigidez

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

S s ca

Esta prueba determina la resistencia a desplazamientos trmicos del

sistema. Esta prueba fue realizada aplicando una velocidad de

traslacin constante al STU del orden de 0.04 mm/s (cuatro veces msgrande que el lmite de 0.01 mm/s del sistema)

Prueba de Carga Esttica

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Esta prueba tiene por objetivo verificar las reacciones de diseo a grandes

velocidades y para diferentes configuraciones de las vlvulas. Fue realizada

aplicando 8000 kN de carga y verificando la correspondiente velocidad de

activacin. Esta prueba fue repetida con posiciones diferentes y con un offsetdel pistn de 250 mm

Prueba de Carga Dinmica

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Amortiguadores listos para

el envo

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Instalacin de los

Amortiguadores

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Amortiguadores Instalados

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Storebltsforbindelsen,Great Belt Fixed Link,

Dinamarca

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Storebltsforbindelsen,Amortiguadores (Buffers)

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Medida de lacompresibilidad del

cilindro hidrulico.

Deformaciones debenser menores al 4% de

la carrera total

Prueba de Rigidez

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CONVIAL

Lima - 2015

El cilindro hidrulico, el

sistema de tuberasvlvulas, etc., deber ser

mantenido presurizado a

40 MPa por 24 horas.

Prueba de Presin Esttica

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

La prueba deberdeterminar la resistencia

del sistema a

desplazamientos

inducidos por cambios

de temperatura

Prueba de Carga Esttica

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

La prueba deber

verificar las reacciones

mximas a grandes

velocidades

Prueba de Carga Dinmica

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CONVIAL

Lima - 2015

Produccin de los Bufferspara el

Storebltsforbindelsen

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Instalacin de los Bufferspara el


Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Instalacin de los Buffers

para el


Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015





Agenda

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Amortiguadores Viscosos

VD

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Comportamiento del

Amortiguador Viscoso

ientoamortiguamdeexponente

velocidadV

ientoamortiguamdeecoeficientC

fuerzaF

donde

VCF

tpicavaconstitutiLey

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Lima - 2015

VCF

grandemuyesksi

xkC

FkF

tpicavaconstitutiLey1

Comportamiento del


Sismica


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Lima - 2015

Comportamiento del


Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Comportamiento del


Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Programa de pruebas

HITEC

Un programa de pruebas principal ha sido realizado de acuerdo al

protocolo HITEC en el laboratorio ETEC de Boeing durante el ao 2000.

El protocolo HITEC tiene como objetivo proveer de un programa comn y

completo de pruebas: diferentes tecnologas pueden ser comparadas cuando

son probadas bajo las mismas condiciones.

Los ingenieros estructurales, consultando los resultados, estn plenamente

informados de las leyes constitutivas de los dispositivos y sus variaciones.

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Artculos de Prueba T/A)

mm350S

mm/s965V

kN1067F

:5T/A

mm275S

mm/s711V

kN667F

:4&2,3T/A

mm200S

mm/s483V

kN222F

:T/A1

max

max

max

max

max

max

max

max

max

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Comportamiento del

Amortiguador

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Principales Resultados de la

Prueba con el Protocolo HITEC

Una reaccin y disipacin de energa estable con un 6% de

variacin mxima en 10 ciclos realizados a mxima fuerza y

mximo desplazamiento de diseo.

Una variacin en la reaccin de un 9% en el rango completo

de temperaturas (-40C hasta 50 C)

Una relacin Fuerza vs. Velocidad predicha con unadesviacin de 15% del diseo terico en cualquier

condicin ambiental

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CONVIAL

Lima - 2015

Puente Rion-Antirion,

Grecia

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CONVIAL

Lima - 2015

Piers entrepaos,

subestructuras)

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CONVIAL

Lima - 2015

Pier de Transicin

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Lima - 2015

Configuracin de

Amortiguadores Viscosos y

Apoyos

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Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Pruebas en el laboratorio

FIP - Italia

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CONVIAL

Lima - 2015

Pruebas sobre Prototipos,

Laboratorio SRMD, University of

California, San Diego, E.E.U.U.

m0.9Stroke

kN3220F

m/s6.1VkN/(m/s)3000C

VCFuerza

viscoso

oramortiguaddePrototipoAntrion-Rion

max

max

0.15

15.0

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Lima - 2015

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015


Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Comparacin de Pruebas entre

FIP y UCSD U. California San

Diego)

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Lima - 2015

Apoyos Fusibles Fuse

Restraints)

Sismica


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Restraints)

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CONVIAL

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Restraints)

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CONVIAL

Lima - 2015

Unidades de Produccin:

Amortiguadores listos para

Pruebas

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Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015


Instalacin

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Un terremoto de magnitud Mw=6.5 tuvo lugar el 8 de

Junio de 2008 a las 15:25 hora local

El epicentro se ubic 36 km desde Rion-Antirion, con una

profundidad focal de 31 km

El PGA mximo en la estacin de Pirgos fue 0.194gEl PGA mximo en acelermetros lejos de la costa fue

0.127g

Varias medidas fueron tomadas:

Inspecciones post-terremoto en varios niveles.Procesamiento de datos de monitoreo desde los instrumentos

Monitoreo geomtrico

Anlisis de datos

Trabajos remediales

Terremoto de Aquila- Italia, 8

de Junio, 2008

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Resultados de la Inspeccin:

Puente Principal

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Datos del monitoreo

instrumental

Datos adquiridos desde el sistema WEASHM y el sistema CCTV

despus de un post procesamiento especialProcesamiento de datos de aceleraciones

Correccin por lnea base

Uso de filtros pasa alto con una frecuencia de esquina de 0.2 Hz

Un filtro Buttherworth de 3er orden fue aplicado

Se calcularon las velocidades y desplazamientosSe realiz un post procesamiento del sistema CCTV

Desplazamientos en la plataforma y en los piers principales

La velocidad de los piers principales luego de una derivacin

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CONVIAL

Lima - 2015

Movimiento medido en la

costa

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CONVIAL

Lima - 2015

Desplazamientos Transversales y

Velocidad Estimada de los

Amortiguadores en los Piers Principales

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Comparacin entre pruebas y

EQKE

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Instalacin de apoyos temporales Instalacin de apoyos temporales

Alineamiento de la plataforma Preparacin de la extraccin de los fusibles.

Reemplazo de fusibles

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Fusibles rotos Nuevos fusibles

Limpieza de componentes internos Renovacin de pintura y proteccin.

Reemplazo de fusibles

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Aplicacin de la fuerza

del gateo.

Plataforma de trabajo para el gateo

Mediciones durante la instalacin de los fusibles.

Alineamiento de la

plataforma

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CONVIAL

Lima - 2015

Acercamiento al Rion-

Antirion

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CONVIAL

Lima - 2015


Antirion

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015


Antirion

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CONVIAL

Lima - 2015


Antirion

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CONVIAL

Lima - 2015


Antirion

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CONVIAL

Lima - 2015

Puente de Erqi, Wuhan 2012) -

China

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Puente Jia Shao, Zhejiang

2012) China

Sismica


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CONVIAL

Lima - 2015

Pruebas de calidad realizadas en

el laboratorio FIP Industriale con

supervisin del cliente y un

tercero. Mxima velocidad de

200 mm/s

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CONVIAL

Lima - 2015

Puente Han Jia Tuo, Chongqing

2013) - China

Sismica


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Pruebas de frecuencia

y durabilidad

realizadas en el

laboratorio de la

Universidad de

Guangzhou. Velocidad

mxima de 310 mm/s

Sismica


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Amortiguador

Viscoso concapacidad de

5.000 kN, y

desplazamiento

de +/- 2.000 mm

Puente Colgante, Baha de

Izmit, Turqua

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Aislacin Ssmica

Disipacin Ssmica mediante STUDisipacin Ssmica mediante VD

mortiguador de Masa Sintonizada TMD

Agenda

Sismica


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Aplicacin de AMS en

puentes

AMS: Amortiguadores de masa sintonizada

TMD: Tuned Mass Damper

Sismica


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Respuesta Dinmica de unSistema con y sin AMS

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Criterios de Diseo

Sismica


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Descripcin Tcnica

Sismica


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Descripcin Tcnica

Sismica


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1200 kg, 1.85 Hz

Ejemplos de usoPuente en Bilbao

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1900 kg, 1.16 Hz

Ejemplos de usoPort Tawe - England

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2x4000 kg, 0.55-0.95 Hz

Ejemplos de usoPuente Olympia en Turin

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12x5200 kg, 0.45-0.64 Hz

Adaptativo!

Ejemplos de usoPuente en Wolgograd, Rusia

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2100 kg, 0.45 Hz

Ejemplos de usoChimenea en Ulm

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Sismica


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Conclusiones

El terremoto de Aquila-Italia, estimado con un periodo de retorno de

120 aos, estuvo por debajo del terremoto mximo de diseo (PGA de0.48, periodo de retorno de 2000 aos), pero activ el sistema de

proteccin ssmica.

Las inspecciones post-terremoto verificaron que no se encontraron daos

estructurales y que slo los elementos fusibles del sistema de

amortiguacin requirieron ser reemplazados.El terremoto de Aquila-Italia demostr que el sistema de proteccin

ssmica concebido para el puente principal Rion-Antirion es adecuado para

este propsito.

Sismica


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La construccin de puentes largos y estratgicamente importantes

requiere que los ingenieros diseadores dirijan sus esfuerzos en los

nuevos problemas y estn abiertos a disear e idear soluciones

avanzadas.

Proyectos recientes de renombre mundial, tales como el puente

StoreBaelt Great Belt (Dinamarca), el Stonecutters (Hong Kong), y el

ms reciente, el Izmit Bay Bridge (Turqua), toman ventaja de los

ltimos avances de la industria en el diseo y manufactura de grandesdispositivos estructurales con parmetros de diseo muy demandantes.

Pruebas a escala completa, y la vida operativa de tales dispositivos en

puentes ya construidos, confirman la confiabilidad de estas tecnologas.

Conclusiones

Sismica


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Muchasgracias por suatencin!

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